一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩的支护方法技术

本发明专利技术公开了一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩支护方法，该间隔缩颈小导管包括顶推装置和管体，管体为中空圆柱体，其上均匀设有多个直径小于管体直径的管体缩颈环和管体溢浆孔，管体溢浆孔为圆形，呈梅花型环绕布置在管体四周，管体的一端为管尖，管尖为密闭锥形，四周均匀分布有多个圆形的管尖溢浆孔，管体的另一端为管尾，管尾上设有加厚壁管，顶推装置与管尾可拆卸连接，该间隔缩颈小导管用于隧道开挖软岩处理，利用该间隔缩颈小导管注入聚合物水泥砂浆形成超前初期支护的隧道开挖软岩支护方法，支护形式为间隔梯度支护，增强了间隔缩颈小导管的支护效应，缩短了支护周期，增强了对软岩和破碎围岩的加固效果，避免了隧道轮廓的收敛和变形。

【技术实现步骤摘要】
一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩的支护方法
本专利技术涉及隧道工程施工
，尤其涉及一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩的支护方法。
技术介绍
随着我国高速公路的大力发展，公路隧道在我国随处可见，由于各个地区的地层、地形不同，隧道开挖过程中的支护方法也不相同，因此，对小导管的尺寸和规格要求也不一样。尤其对于隧道软弱围岩的开挖与支护一直是难点。在隧道开挖时，往往会遇到软弱岩层和破碎岩层，小导管超前注浆加固能起到很好的加固效果，这种加固效果可以保证开挖面的稳定，使初期支护效果达到要求。小导管超前注浆加固，是在隧道开挖的轮廓面上配合钢拱架以一定的外插角环向布置小导管，并且在导管中注入水泥砂浆，水泥砂浆通过溢浆孔渗入到周围的岩层，与周围的岩层形成整体，以达到预加固的目的。传统的小导管一般为圆柱形，尽管也能做到注浆加固的作用，但是其表面光滑，很难完全和围岩成为真正的整体。小导管一般能够受到土体的剪切力，但是小导管受拉时，由于摩阻力较小，极易部分拔出，甚至全部拔出。传统的小导管材料单一，在顶推装置的作用下，会引起导管前端受力较大，从而改变小导管的管体作用力。传统的小导管的管尖做成了空隙不封闭的锥形，在安设小导管的过程中，管尖部位的岩土会堵塞小导管的空隙，使管尖部位注浆不均匀、不密实。传统的注浆材料是水泥砂浆，水泥砂浆对于软岩以上的岩体具有较好的加固效果，但是对于软岩就会暴露出加固不彻底的风险，导致围岩松动。因此，寻找新的注浆材料也是解决软弱围岩和破碎围岩的方法之一。隧道开挖支护除了小导管超前加固之外，还有锚杆加固，钢筋网和喷射混凝土。隧道软岩及破碎围岩的开挖，传统的开挖会导致拱顶下沉，底部起鼓，两侧位移。因此，在开挖过程中要注重加固和支护。传统的隧道超前支护，小导管的尺寸基本相同，目的是为了方便规范化施工。小导管尺寸长度相同，普遍用于围岩比较均匀的隧道开挖，且支护效果较好。但是对于软弱围岩和不均匀破碎围岩，这种小导管的超前加固不彻底，容易导致围岩松动和变形。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩的支护方法，该间隔缩颈小导管用于隧道开挖软岩处理，增强了间隔缩颈小导管的支护效应，缩短了支护周期，增强了对软岩和破碎围岩的加固效果，有效避免了隧道轮廓的收敛和变形。利用该间隔缩颈小导管注入聚合物水泥砂浆形成超前初期支护的隧道开挖软岩支护方法，支护形式为间隔梯度支护，可以缩短隧道开挖软岩处理周期，加快隧道开挖进程，而且超前支护效果好，避免了隧道开挖对软岩扰动影响。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，包括顶推装置和管体，所述管体为中空圆柱体，其上均匀设有多个直径小于管体直径的管体缩颈环和管体溢浆孔，所述管体溢浆孔为圆形，呈梅花型环绕布置在管体四周，所述管体的一端为管尖，所述管尖为密闭锥形，四周均匀分布有多个管尖溢浆孔，所述管体的另一端为管尾，所述管尾上设有加厚壁管，所述顶推装置与管尾可拆卸连接。优选地，所述管体为无缝钢管或焊接钢管，长度为3-5m，直径为4.5cm，所述管体溢浆孔的直径为8mm。优选地，所述管体缩颈环的直径比管体直径小0.6cm，相邻管体缩颈环的间距为0.5m。优选地，所述顶推装置为帽形，由帽顶和帽体组成，材质为高强度耐腐合金钢，帽顶直径为6cm，帽体直径为4.3cm，长度为10cm。优选地，所述加厚壁管的材质为高强度耐腐合金钢，长度为0.3-0.5m，厚度为0.5mm。优选地，所述管尖的长度为15cm，所述管尖溢浆孔的直径为6-8mm。一种隧道开挖软岩支护方法，其特征在于，采用上述间隔缩颈小导管注浆超前加固，根据隧道开挖断面，进行间隔缩颈小导管的超前注浆，每一环间隔缩颈小导管的搭接长度不小于1.1m，相邻开挖面采用不同长度的间隔缩颈小导管，间隔缩颈小导管注浆加固形成平面和空间嵌合支护体系。优选地，上述隧道开挖软岩支护方法采用不同长度的间隔缩颈小导管，以5m的间隔缩颈小导管支护第一环，以4m的间隔缩颈小导管支护第二环，紧接着以3m的间隔缩颈小导管支护第三环，依次5-4-3超前支护开挖。5m、4m和3m的间隔缩颈小导管安放角度为10°，每一环间隔缩颈小导管的搭接长度不小于1.1m。优选地，上述隧道开挖软岩支护方法具体包括如下步骤：(1)隧道开挖前的测量与定位准备；(2)隧道断面的确定；(3)间隔缩颈小导管尺寸和长度的选择和准备；(4)钻机定位，机械钻孔；(5)间隔缩颈小导管的安装，角度定位；(6)压力注入注浆材料，检查注浆质量，养护；(7)隧道断面开挖，细部修整；(8)监测拱顶下沉，净空收敛，洞内状态观察；(9)达到设计施工要求，进行下一循环开挖支护施工。优选地，上述步骤(6)中的注浆材料为聚合物水泥砂浆，由乳化粉状树脂，特种细短纤维，水泥，细骨料和水混合而成，其中固体材料的重量份为80份，水的重量份为20份。本专利技术提供的一种间隔缩颈小导管以及隧道开挖软岩的支护方法，具有如下有益效果。1.本专利技术提供的一种间隔缩颈小导管用于隧道开挖软岩处理，增强了间隔缩颈小导管的支护效应，缩短了支护周期，增强了对软岩和破碎围岩的加固效果，有效避免了隧道轮廓的收敛和变形。利用该间隔缩颈小导管注入聚合物水泥砂浆形成超前初期支护的隧道开挖软岩支护方法，支护形式为间隔梯度支护，可以缩短隧道开挖软岩处理周期，加快隧道开挖进程，而且超前支护效果好，避免了隧道开挖对软岩扰动影响。2.本专利技术管尾上的加厚壁管具有很强的刚度，比传统的无缝钢管材料强度提高一倍，稳定和加固效果显著提高。3.本专利技术的管体缩颈环能够有效固定周围岩土和束缚注浆渗透后的岩层，增强软弱围岩和破碎围岩的空间加固效应，显著提高间隔缩颈小导管与周围岩土的摩阻力，从而增强间隔缩颈小导管的抗拉性能和支护、锚固能力，减少软弱围岩和破碎围岩的松动和变形，增强开挖面的稳定性。4.本专利技术的管尖为密闭锥形，与传统不密闭的锥形管尖相比，这样处理可以避免传统管尖在管体推进的过程中，岩土堵塞管尖空隙，导致管尖部位注浆不密实，降低注浆效果。在推进器的作用下管尖会插入岩土3-5cm，通过管尖不留空隙和管尖溢浆孔，起到稳定注浆加固的效果。5.本专利技术的注浆材料为聚合物水泥砂浆，与传统的注浆材料相比，聚合物水泥砂浆按重量进行材料配比，其和易性能够更灵活地控制，聚合物水泥砂浆的密实性、抗裂性和粘结力性能与传统的注浆材料相比更优。6.本专利技术采用不同长度间隔缩颈小导管超前支护加固方法，与传统的超前小导管预支护相比，其超前加固方式为“5-4-3模式”，即5m的间隔缩颈小导管支护第一环，4m的间隔缩颈小导管支护第二环，3m的间隔缩颈小导管支护第三环，依次“5-4-3”进行，这样的支护形式不但可以实现相邻环的搭接支护，而且可以延伸至更远的空间搭接，即“5-5-5”、“4-4-4”和“3-3-3”空间嵌合体系搭接，对于软弱围岩和破碎围岩采用不同长度的间隔缩颈小导管进行超前加固，可以形成嵌合锁口加固形式，加固效果更明显。不同梯度间隔缩颈小导管超前加固形式，可以弥补均匀传统小导管加固形式在软弱围岩和破碎围岩上只加固小导管长度范围内的岩土的不足，使隧道开挖更安全，周期更短。附图说明图1为本专利技术提供的一种间隔缩颈小导管的立面图；图2为本专利技术提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间隔缩颈小导管，其特征在于，包括顶推装置和管体，所述管体为中空圆柱体，其上均匀设有多个直径小于管体直径的管体缩颈环和管体溢浆孔，所述管体溢浆孔为圆形，呈梅花型环绕布置在管体四周，所述管体的一端为管尖，所述管尖为密闭锥形，四周均匀分布有多个圆形的管尖溢浆孔，所述管体的另一端为管尾，所述管尾上设有加厚壁管，所述顶推装置与管尾可拆卸连接。

【技术特征摘要】
1.一种间隔缩颈小导管，其特征在于，包括顶推装置和管体，所述管体为中空圆柱体，其上均匀设有多个直径小于管体直径的管体缩颈环和管体溢浆孔，所述管体溢浆孔为圆形，呈梅花型环绕布置在管体四周，所述管体的一端为管尖，所述管尖为密闭锥形，四周均匀分布有多个圆形的管尖溢浆孔，所述管体的另一端为管尾，所述管尾上设有加厚壁管，所述顶推装置与管尾可拆卸连接。2.根据权利要求1所述的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，所述管体为无缝钢管或焊接钢管，长度为3-5m，直径为4.5cm，所述管体溢浆孔的直径为8mm。3.根据权利要求1或2所述的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，所述管体缩颈环的直径比管体直径小0.6cm，相邻管体缩颈环的间距为0.5m。4.根据权利要求3所述的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，所述顶推装置为帽形，由帽顶和帽体组成，材质为高强度耐腐合金钢，帽顶直径为6cm，帽体直径为4.3cm，长度为10cm。5.根据权利要求4所述的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，所述加厚壁管的材质为高强度耐腐合金钢，长度为0.3-0.5m，厚度为0.5mm。6.根据权利要求5所述的一种间隔缩颈小导管，其特征在于，所述管尖的长度为15cm，所述管尖溢浆孔的直径为6-8mm。7.一种隧道开挖软岩支护方法，其特征在于，采用权利要求1-6所述的间隔缩颈小导管注浆超...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇圣华，李相如，杨永胜，郭浩，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31